Resumo

A poluição das águas é um dos grandes desafios da sociedade. Dentre os contaminantes, a grande quantidade de atividades industriais responsáveis pela geração de efluentes oleosos destaca-se pelos seus impactos causados ao meio ambiente, afetando, por exemplo, a manutenção da vida marinha e a produtividade de solos. Entre as técnicas de tratamento, o uso de membranas cerâmicas destaca-se pela alta eficiência no tratamento de efluentes oleosos, principalmente emulsões óleo-água. Em linha com o desenvolvimento da química verde, associada com o baixo custo, este trabalho tem como objetivo preparar membranas cerâmicas com uso da argila brasgel, abundante do território paraibano. A argila foi caracterizada com uso das técnicas de Difração de raios X, Espectroscopia de Fluorescência de raios X por Energia Dispersiva, Espectroscopia na região do infravermelho, Adsorção Física de Nitrogênio e Análises térmicas. A membrana foi obtida através da técnica de compactação a seco uniaxial e sinterizada a 650 graus Celsius, sendo realizados fluxo de água e fluxo permeado para obtenção do coeficiente de rejeição da membrana. Os resultados obtidos indicam que a argila brasgel apresenta todas as características correspondentes a esmectita, e a membrana de baixo custo apresentou elevada capacidade de rejeição, 100.00 %, o que a torna viável para tratamento de emulsões óleo água.

Introdução

Grandes volumes de água são anualmente contaminados por resíduos. A Associação Brasileira de Normas Técnicas, através da NBR 10400/2004, classifica os resíduos sólidos com o intuído de possibilitar seu devido gerenciamento, com base no seu grau de periculosidade, identificado com a adoção de critérios referentes a sua inflamabilidade, corrosividade, reatividade, toxicidade e patogenicidade. Dentre o grupo dos resíduos, o óleo proveniente de atividades industriais relacionados a petroquímica, processamento e transporte de petróleo, metalurgia, processamento de alimentos e indústria farmacêutica, comprometem a qualidade da água de diferentes maneiras, e dentre elas, com o grande volume de água residual produzido (Alzahrani & Mohammad, 2014). Com concentrações variando entre 100-1000 mg.L -1 , este subproduto dos processos industriais encontra-se acima dos limites impostos pelas agências reguladoras, impedindo seu imediato descarte ou possível reaproveitamento em outras atividades humanas (Chakrabarty et al., 2008).

Devido a presença de agentes surfactantes e partículas sólidas, o óleo pode se encontrar em água em quatro diferentes formas: livre, disperso, emulsificado e dissolvido. Na sua forma livre, as gotículas apresentam diâmetro superior à 150 µm, na sua forma dispersa, o diâmetro de gotículas se encontra na faixa de 50 e 150 µm, e para valores abaixo de 50 µm, é considerado na sua forma emulsificada (Pintor et al., 2016).

Dois líquidos imiscíveis, no qual um se encontra disperso em forma de pequenas gotas estabilizados por surfactantes, é denominado emulsão (Kilpatrick, 2012). Constituído por duas fases, a interna ou dispersa, e a externa ou contínua, as emulsões apresentam diferentes distribuição de tamanho das gotas, que é justificado pelas diferentes tensões interfaciais, natureza dos agentes emulsificantes e a presença de sólidos (Martínez-Palou et al., 2015).

O óleo presente em ambientes marinhos ocasiona uma série de complicações para os seres vivos daquele local.

Impedindo a penetração de luz solar, as manchas de óleo dificultam a realização da fotossíntese, o que gera alterações na interação trófica entre os seres pertencentes daquele ecossistema (Sajna et al., 2015). Para os solos, a presença de óleo inibi a germinação das sementes e compromete a absorção de água (Suleimanov et al., 2005), o que reflete na diminuição da fertilidade de solo, além de impactar na diminuição da quantidade de nutrientes presentes nas plantas cultivadas que resistiram as condições amenas naquele local (Al-Mutairi et al., 2008).

Dentre as técnicas de tratamento convencionais destacam-se separação por gravidade, uso de materiais adsorventes de óleo (Diraki et al., 2019; Elanchezhiyan; Prabhu; Meenakshi, 2018), coagulação, floculação (Adebajo et al., 2003) e separação por membranas (Yang et al., 2018; Zuo et al., 2020). Entretanto, em circunstâncias em que as gotículas de óleo apresentam de tamanho inferior a 20 mm com a presença de emulsões óleo-água complexas, seus usos tornam-se ineficientes (Rubio et al., 2002).

A utilização de membranas para tratamento de efluentes oleosos, além do seu baixo consumo de energia, fácil operação e alta eficiência para separação de misturas óleo/água, em especial emulsões óleo/água, pode ser destacada. Dessa forma, os estudos nesse tema estão voltados para o desenvolvimento de materiais inovadores que apresentem resistência ao fouling e estabilidade química e física, sendo seguros, eficazes e de baixo custo (Alzahrani & Mohammad, 2014; Padaki et al., 2015; Ebrahimi et al., 2017).

Em relação ao desenvolvimento de membranas de baixo custo, a substituição de matérias-primas convencionais por argila natural é um fator que interfere consideravelmente nos custos de preparação, pois devido sua abundância no território brasileiro e necessidade de baixas temperaturas de sinterização em comparação aos materiais convencionais, como zircônia, alumina e sílica, torna seu uso economicamente viável, possibilitando seu uso em processos em escala de laboratório e industriais, promovendo a química verde sem comprometer a qualidade da membrana produzida, pois as argilas naturais possuem um bom potencial pra uso em processos de filtração (Manni et al., 2020; Mestre et al., 2019; Vasanth, Uppaluri, & Pugazhenthi, 2011).

Argila é definida como materiais terrosos de granulação fina e são constituídos quimicamente por silicatos hidratados de alumínio, ferro e magnésio. São constituídas por partículas cristalinas extremamente pequenas, de determinados minerais conhecidos como argilominerais, podendo conter ainda matéria orgânica e impurezas. Os grupos fundamentais com os quais são construídos todos os tipos de estruturas cristalinas dos argilominerais são grupos tetraédricos e octaédricos de átomos ou íons de oxigênio e de íons hidroxila, ao redor de pequenos cátions, principalmente Si4+ e Al3+, ocasionalmente Fe2+ e Fe3+, nos grupos tetraédricos e Al3+, Mg2+, Fe2+, Fe3+, Ti4+, ocasionalmente Cr3+, Mn2+, Zn2+, Li+ , nos grupos octaédricos, geralmente com um certo grau de substituição isomórfica (Souza-Santos, 1989; Grim, 1968; Bergaya et al., 2006).

A camada formada pelo arranjo de tetraedros e octaedros pode conter uma folha tetraédrica e uma folha octaédrica, denominada de camada 1:1 ou difórmica, ou pode ser formada por uma folha octaédrica entre duas folhas tetraédricas, denominada camada 2:1 ou trifórmica. Assim, a célula unitária da camada 1:1 é formada por 6 sítios octaédricos e 4 sítios tetraédricos. A célula da camada 2:1 é formada por 6 sítios octaédricos e 8 sítios tetraédricos.

Deve-se ressaltar, que a fórmula estrutural dos argilominerais é reportada em relação a metade da célula unitária, ou seja, em relação a 3 sítios octaédricos (Souza Santos, 1989; Bergaya et al., 2006).

Nosso grupo de pesquisa (Laboratório de Desenvolvimento de Novos Materiais – LABNOV) tem publicado uma série de estudos sobre a preparação de membranas com a finalidade de tratar diversos efluentes (Scheibler et al., 2014; Barbosa et al., 2015; Barbosa et al., 2015; Silva et al., 2017; Barbosa et al., 2018; Barbosa et al., 2018; Cunha et al., 2018; Barbosa et al., 2019; Barbosa et al., 2020; Silva et al., 2020; Silva et al., 2021; Araújo et al., 2021). Este estudo é parte integrante desta linha de pesquisa.

Portanto, dentro desse contexto, esse trabalho tem como objetivo preparar membrana cerâmica de baixo custo e avaliá-la no tratamento de emulsão óleo/água.

Autores: Leonardo Romero Brito Silva, Leonardo Romero Brito Silva, Tellys Lins Almeida Barbosa e Meiry Gláucia Freire Rodrigues.